Un equipo de físicos de la Universidad de Oregon ha desarrollado un bolómetro sensible y rápido que puede medir la luz a una temperatura muy superior a la temperatura ambiente.
La tecnología del Laboratorio Alemán, conocido como "bolómetro nanomecánico de grafeno", aprovecha un nuevo método y un material ultradelgado, y podría tener un uso generalizado en todo, desde astronomía y medicina hasta extinción de incendios.
"Esta herramienta es la más rápida y sensible de su clase", dijo Benjamín Alemán, profesor de física en la Universidad de Oregón y miembro del Centro de Ciencias Ópticas, Moleculares y Cuánticas de la UO y asociado de Phily el campus de Penny Knight para acelerar el impacto científico.
El dispositivo, que consiste en una pieza de grafeno en forma de trampolín suspendida sobre un orificio, ofrece una alternativa a los detectores de luz electrónicos convencionales, como los que se encuentran en la cámara de un teléfono inteligente. En cambio, el Laboratorio Alemán utiliza un método mecánico para relacionar la luz absorbidaa pequeños cambios en la frecuencia de resonancia mecánica del trampolín de grafeno.
La forma en que funciona la tecnología es similar al efecto de golpear un tambor en un día caluroso. A medida que el instrumento se calienta bajo el sol de la tubería, la membrana del parche se expandirá y su tono cambiará, emitiendo un tono diferente al que produciríatemperaturas más frías.
Las ondas de luz hacen lo mismo con un bolómetro mecánico. Cuando la luz golpea el parche del dispositivo, la membrana se calienta, se expande y el tono vibratorio cambia. Los físicos pueden rastrear estos cambios de tono para medir cuánta luz golpea el dispositivo.
"Esta es una forma muy nueva de detectar la luz", dijo David Miller, un estudiante de doctorado en el Laboratorio Alemán. "Estamos utilizando un método puramente mecánico para convertir la luz en sonido. Esto tiene la ventaja de poder verun rango de luz mucho más amplio "
Los detectores convencionales son muy confiables para leer luz de alta energía, como la luz visible o los rayos X, pero menos expertos para medir las longitudes de onda más largas en el espectro electromagnético, incluidas las ondas de infrarrojos y radio, dijo Miller. Este dispositivo mecánico llena ese vacío ypermite la detección de luz de casi cualquier longitud de onda, lo que podría ser especialmente útil en observaciones astronómicas, imágenes corporales térmicas y médicas y en la observación de las profundidades del infrarrojo.
El equipo construyó el dispositivo estirando primero una delgada lámina de átomos sobre un agujero grabado en una pieza de silicio. Luego, utilizando una técnica de haz de iones enfocado, desarrollada previamente en el laboratorio, cortaron la lámina para parecerse a un trampolín.el dispositivo tiene solo una décima parte del ancho de un cabello humano, mientras que el material utilizado para el trampolín es aún más pequeño: un solo átomo de grosor, aproximadamente un millón de veces más delgado que el mismo mechón de cabello.
"Este sistema usa grafeno, que es solo una capa de átomos. Es tan pequeño como puede ser", dijo Andrew Blaikie, otro estudiante de doctorado en el Laboratorio Alemán y autor principal del artículo, que fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza esta semana
El grafeno, un material descubierto en 2004 es el ingrediente clave para el éxito de la tecnología. Aunque es el material más delgado posible, el grafeno es 200 veces más fuerte que el acero. Ganó el Premio Nobel de Física 2010 por su potencial para revolucionar la física y la ingeniería.
Las propiedades mecánicas de Graphene permiten que el material responda a los cambios de temperatura increíblemente rápido, lo que le permite medir la luz a velocidades igualmente rápidas, dijo Blaikie.
"Graphene ofreció una perspectiva tentadora para la detección de luz ultrasensible y ultrarrápida", dijo Blaikie. "También posee una capacidad inigualable para medir casi cualquier longitud de onda de luz y puede soportar temperaturas mucho más altas que los detectores convencionales".
El equipo de físicos pudo aprovechar los poderes del grafeno a través de un enfoque mecánico para medir la luz. El material ha funcionado mal a través de los métodos tradicionales de uso de resistencia eléctrica para medir la luz, principalmente debido a su resistividad eléctrica dependiente de la temperatura ydeben enfriarse a temperaturas ultrabajas para ser útiles en detectores convencionales.
Cuando los investigadores se dieron cuenta de que podían convertir la luz en sonido a través de su método mecánico, pudieron desbloquear las perspectivas de grafeno y crear el dispositivo ultrarrápido y ultrasensible que sobresale a una temperatura muy superior a la temperatura ambiente.
Blaikie dijo que su capacidad para funcionar a un rango de temperaturas tan amplio es una de las cualidades más ventajosas del dispositivo cuando se trata de medir la luz. Puede funcionar a temperatura ambiente, lo que permite una portabilidad crítica, y puede funcionar a temperaturas elevadascalor, que es un beneficio que los detectores de luz tradicionales no ofrecen. Muchos detectores fallan con el "efecto de quemaduras solares", cuando comienzan a descomponerse a medida que aumenta la temperatura.
"El grafeno es un material térmicamente estable que puede soportar temperaturas superiores a los 2.000 grados centígrados, por lo que nuestro detector, a diferencia de los detectores electrónicos, podría tomar imágenes en planetas calientes como Venus o Mercurio", dijo Blaikie.
Su versatilidad y naturaleza ultrasensible hacen que el bolómetro nanomecánico sea una herramienta útil en muchos ámbitos de la ciencia, la medicina, la fabricación industrial y la astronomía. El Laboratorio Alemán tiene una patente pendiente para la tecnología con la Oficina de Patentes y Marcas de EE. UU.
"Esperamos que este dispositivo ayude a los científicos a descifrar los misterios de nuestro sol y otras estrellas, mejorar el diagnóstico médico a través de imágenes de rayos X térmicas más seguras y ayudar a los bomberos a ver mejor en los incendios para salvar más vidas", dijo Alemán.
La National Science Foundation apoyó la investigación.
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Materiales proporcionados por Universidad de Oregon . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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